Gehirnwellen Erstellen Sie eine interne Karte unserer Umgebung
Die Ergebnisse könnten Wissenschaftlern helfen, die Ursachen neurologischer Erkrankungen wie Alzheimer zu verstehen.
In einem bestimmten Teil des Gehirns erzeugen Neuronen, sogenannte Gitterzellen, tatsächlich eine Art interne Karte der Außenwelt. Dazu benötigen sie perfekt abgestimmte elektrische Schwingungen von einem anderen Teil des Gehirns, um als eine Art neuronaler Schrittmacher zu dienen.
"Diese Arbeit ist die erste, die zeigt, dass oszillatorische Aktivität in Gehirnbereichen, in denen Erinnerungen gespeichert sind, eine genau definierte Funktion hat", sagte Dr. Stefan Leutgeb, Assistenzprofessor für Biologie an der UCSD, der das Forscherteam leitete.
Komponenten des Gehirns, die für das Gedächtnis wichtig sind - der Hippocampus und der nahe gelegene entorhinale Kortex - gehören zu den ersten Hirnregionen, die bei der Alzheimer-Krankheit degenerieren und zu Problemen wie Gedächtnisverlust und Orientierungslosigkeit führen. Diese beiden Gehirnregionen beherbergen drei Arten von Neuronen, die dazu beitragen, räumliche Erinnerungen sowie die räumlichen Informationen zu erzeugen, die für episodische Erinnerungen an Lebenserfahrungen erforderlich sind.
Leutgeb und andere Forscher maßen die elektrische Aktivität von Gitterzellen bei Ratten, die aufgefordert wurden, einen Bereich von vier Fuß mal vier Fuß zu erkunden.
Diese Gitterzellen, die sich im entorhinalen Kortex befinden, erzeugen und halten eine interne Darstellung der äußeren Umgebung. Diese Darstellung ist eine gitterartige Karte, die aus sich wiederholenden gleichseitigen Dreiecken besteht, die den Raum in einem sechseckigen Muster ausfüllen. Während das Tier durch seine äußere Umgebung navigiert, wird eine bestimmte Gitterzelle in seinem Gehirn aktiv, wenn die Position des Tieres mit einem der übereinstimmenden Eckpunkte in seiner „internen“ Karte übereinstimmt.
"Unsere Ergebnisse stellen einen wichtigen Meilenstein für das Verständnis der Gedächtnisverarbeitung dar und werden die Bemühungen zur Wiederherstellung der Gedächtnisfunktion leiten, wenn Zellen im entorhinalen Kortex beschädigt werden", sagte Leutgeb.
Die Forscher würden die oszillatorische Eingabe stoppen, indem sie bestimmte Schrittmacherzellen im Gehirn manipulieren. Sie stellten fest, dass dies zu einer signifikanten Verschlechterung der Umgebungskarten der Gitterzellen führte. Interessanterweise wurden Gehirnsignale, die den genauen Ort und auch das Kompasssignal anzeigen, während dieses Prozesses nicht gestört.
„Es wurde angenommen, dass der Hippocampus unter der Kontrolle des entorhinalen Kortex steht, daher wurde angenommen, dass Gitterzellen einen sehr großen Einfluss auf Ortszellen haben würden. Wir sind überrascht, wie die Funktion von Ortszellen angesichts einer signifikanten Störung der Gitterzellenfunktion erhalten bleibt “, sagte Leutgeb.
"Dieses wichtige Ergebnis zeigt, dass Sie im Allgemeinen eine erhebliche Menge an eingehenden Informationen in einen Gehirnkreislauf eliminieren können, ohne dass dieser Gehirnkreislauf einen Großteil seiner Funktionalität verliert", fügte er hinzu. "Die Implikation dieses Befundes ist, dass die Wiederherstellung der Speicherfunktion nicht erfordert, dass wir beschädigte neuronale Schaltkreise genau wieder zusammensetzen, sondern dass wir die Funktion wiedererlangen können, indem wir Schlüsselkomponenten erhalten oder wiederherstellen."
"Unsere Ergebnisse sind ein wichtiger Schritt zur Identifizierung dieser Schlüsselkomponenten, um die Gedächtnisfunktion bei alternden Personen und bei Patienten mit neurodegenerativen Erkrankungen zu erhalten", sagte er.
Die Forschung wird in der Ausgabe vom 29. April der Zeitschrift veröffentlicht Wissenschaft. Wissenschaftler der Boston University berichten über ähnliche Ergebnisse in einem Begleitpapier in derselben Ausgabe.
Quelle: Universität von Kalifornien
